[发明专利]一种螺栓失效判定方法

说明书

本发明公开一种螺栓失效判定方法。所述方法包括：通过试验计算螺栓的复合应力修正系数，基于有限元模型确定判断螺栓失效的每圈螺纹的最大复合应力阈值，建立实际工况下螺栓的有限元模型，计算螺栓每圈螺纹的最大复合应力，通过比较每圈螺纹的最大复合应力与每圈螺纹的最大复合应力阈值的大小，判断螺栓是否失效，只要有一圈螺纹的最大复合应力超过其最大复合应力阈值，则认为螺栓失效。本发明通过求解改进的复合应力计算公式中的复合应力修正系数，减小了螺栓复合应力的计算误差，提高了螺栓失效判断的准确度。

技术领域

本发明属于失效分析技术领域，具体涉及一种螺栓失效判定方法。

背景技术

对于一个螺纹联接结构中的螺栓而言，其预紧力是为了保证螺纹联结件在工作中不分离，同时保证强度和使用寿命要求。加大预紧力可以保证被联接件的紧密度，但是不能在拧紧过程中超过屈服强度而损坏；同时，也要防止在服役过程中超过屈服强度而损坏。目前，判定螺栓在拧紧和服役过程中是否失效的方法有理论力学计算、模拟试验和有限元仿真分析等，而这些方法存在的问题如下：

(1)根据Mises’s理论按照公式(1)计算螺栓产生的复合应力。然而，通过与工程应用、试验数据对比发现，这种方法计算的结果不够准确。

其中，σ_co为复合应力，σ₀为装配过程螺栓的轴向拉伸应力，τ为装配过程螺栓剪切应力。

(2)由于螺栓结构在材料、几何尺寸及接触等方面的非线性特征，传统的理论力学计算和试验方法缺乏对螺栓内部应力状态的了解，尤其是无法确定螺纹根部应力集中区域的最大应力，导致分析结果不准确，且无法对复杂的工况进行有效模拟和计算。

(3)由于螺纹承受的应力不均匀，在拧紧过程和服役过程中，前三圈螺纹应力最大，第一圈螺纹往往超过屈服，但螺栓整体尚未失效。目前的有限元仿真方法直接将螺栓承受的最大应力与强度对比结果作为失效判定准则，判定结果不够准确。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种螺栓失效判定方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种螺栓失效判定方法，包括：

步骤1，通过试验计算螺栓的复合应力修正系数ω；

步骤2，确定判断螺栓失效的每圈螺纹的最大复合应力阈值；

建立螺栓、螺母和被联接件的有限元模型，模拟螺栓在失效试验或实际失效案例中的拧紧、服役过程，使螺栓达到失效状态；

提取螺栓第i圈螺纹第j个节点在直角坐标系下X、Y、Z三个方向的分应力τ_ij-x、τ_ij-y、τ_ij-z，计算第i圈螺纹的最大复合应力，得到第i圈螺纹的最大复合应力阈值

其中，n为螺纹的圈数，m为节点数；

步骤3，建立实际工况下螺栓的有限元模型，计算螺栓每圈螺纹的最大复合应力σ_i-co，如果每圈螺纹的最大复合应力均满足i＝1,2,…,n，则螺栓未失效；否则，螺栓失效。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过试验计算螺栓的复合应力修正系数，基于有限元模型确定判断螺栓失效的每圈螺纹的最大复合应力阈值，建立实际工况下螺栓的有限元模型，计算螺栓每圈螺纹的最大复合应力，通过比较每圈螺纹的最大复合应力与所述阈值的大小，判断螺栓是否失效，减小了螺栓复合应力的计算误差，提高了判断螺栓失效的准确度。

附图说明

图1为螺栓拧紧过程中某一螺纹某一节点X、Y、Z方向的分应力曲线。